肖海暉

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的進步，特別是國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高度重視，我國對各類隧洞的建設(shè)取得了長足的進步。在水利工程隧洞施工中，開挖作業(yè)完畢后根據(jù)圍巖揭露情況要進行噴錨支護或拱架噴錨支護，以確保施工安全，稱為一次支護。隧洞收斂變形穩(wěn)定后要進行混凝土襯砌作業(yè)，稱為二次襯砌混凝土。二次襯砌混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要，二次襯砌混凝土既起到隧洞輸水運行的承載，又起到外水內(nèi)滲和內(nèi)水外滲的屏蔽作用。二次襯砌混凝土是隧洞滲漏水的屏障，是隧洞安全運行的關(guān)鍵，是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到工程的運行和使用壽命。

1 二次襯砌混凝土的開裂形式

水利工程隧洞二次襯砌的混凝土施工過程中，會在混凝土表面及內(nèi)部產(chǎn)生各種各樣裂縫。在表面會產(chǎn)生環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫，嚴重的會形成貫通裂縫。貫通裂縫的存在通常會使混凝土內(nèi)部的鋼筋發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，降低鋼筋混凝土的承載能力、抗?jié)B能力，影響二次襯砌混凝土的耐久性，進而影響隧洞的使用壽命。因此，水利工程隧洞二次襯砌的混凝土施工過程中要盡量避免裂縫的產(chǎn)生，盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，避免寬大裂縫的出現(xiàn)。對寬大的裂縫要修補處理，保證工程質(zhì)量和使用壽命。

2 二次襯砌混凝土裂縫形成原因分析

二次襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是多種多樣的，有施工原材料質(zhì)量方面的原因、有設(shè)計合理性方面的原因、有施工過程中工序質(zhì)量控制的原因等，但主要是施工過程中工序質(zhì)量控制和施工原材料質(zhì)量而造成的，根據(jù)現(xiàn)場施工資料統(tǒng)計，由于施工過程中工序質(zhì)量控制因素造成混凝土早期裂縫的大約占80%多，因混凝土原材料質(zhì)量原因造成混凝土早期裂縫的大約占15%左右。因此在工程建設(shè)中應(yīng)盡量采取有效措施控制混凝土早期裂縫產(chǎn)生。

2．1 材料的影響

混凝土是一種由砂、石、水泥、水、粉煤灰及其他膠凝材料、外加劑組成的非均質(zhì)材料。①水泥的影響：水泥品種對混凝土裂縫的產(chǎn)生有很大影響，水利隧洞要盡量避免使用C3A（鋁酸三鈣）大和細度大、需水量比大的水泥。水泥細度越大，用水量越大，水泥水化反映越快，容易引起混凝土干燥收縮變形越大，產(chǎn)生較大的張力，混凝土越容易開裂。②骨料的影響：骨料級配不好和骨料粒徑過小、針片含量和超遜徑過大，會使混凝土收縮變形增大從而導(dǎo)致裂縫；骨料含泥量越大和泥塊含量，嚴重阻礙了骨料與砂漿間的黏結(jié)，致使混凝土強度降低，特別是混凝土的劈裂抗拉強度和混凝土與巖石的粘結(jié)強度，在相同條件下，骨料含泥量大和有泥塊含量的混凝土更容易開裂和出現(xiàn)蜂窩現(xiàn)象。③配合比的影響：水泥及膠凝材料用量過大、水灰比太大、骨料級配不佳及選用的外加劑與水泥適應(yīng)性不好等配合比設(shè)計不當(dāng)，這將直接影響混凝土的抗拉強度，在相同應(yīng)變情況下混凝土越容易開裂。試驗資料顯示：水泥用量不變，用水量增加10%，混凝土強度降低20%，混凝土與鋼筋黏結(jié)力降低10%；水量不變，水泥增加10%，混凝土收縮增加5%。

2.2 施工過程中的原因

施工中過分振搗、過早拆模、現(xiàn)場養(yǎng)護不當(dāng)都是施工過程中誘使混凝土產(chǎn)生裂縫的環(huán)節(jié)。①過分振搗導(dǎo)致粗骨料沉落，砂漿上浮，形成泌水，造成混凝土表面和內(nèi)部的不均勻，在凝固過程中表面有較大的收縮，水分蒸發(fā)后容易形成凝縮裂縫。②混凝土面不及時養(yǎng)護，表面水分迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生收縮，發(fā)生裂縫。③在施工過程中，混凝土還沒有達到拆模的強度就拆模了，過早拆模會使頂拱的混凝土產(chǎn)生內(nèi)傷或斷裂，產(chǎn)生裂縫。一般混凝土的拆模時間為其強度的70%。④混凝土拌和計量不準確，變相地改變了設(shè)計配合比，形成不恰當(dāng)間斷級配，從而誘發(fā)裂縫產(chǎn)生。

3 二次襯砌混凝土裂縫控制措施

3.1 施工材料上的控制措施

①水泥質(zhì)量的影響及控制：細度較大和比表面積較大的水泥，水泥容易產(chǎn)生裂縫，盡量使用細度和比表面積較小的水泥。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥，為了降低水化熱，盡量采取早期水化熱低的水泥，降低水泥熟料中鋁酸三鈣和硅酸三鈣的含量，選擇適宜的礦物組成和水泥。②骨料質(zhì)量的影響及控制：粗骨料級配越差，孔隙率越大，表面積越大，單方混凝土的膠凝材料用量和需水量比就越大，從而導(dǎo)致水化熱增加，裂縫增加和增多；細骨料質(zhì)量的影響：級配較差的粗紗或細沙，其空隙率較大，表面積較大，單方混凝土水泥用量和需水量就較大，從而導(dǎo)致水化熱較大和裂縫增加；所以，在使用中應(yīng)嚴格控制粗骨料和細骨料的顆粒級配、空隙率、含泥量，降低混凝土收縮變形產(chǎn)生裂縫。③摻和料的控制：由于粉煤灰是混凝土中主要的活性骨料，可以與水泥進行二次反應(yīng)，可以減少水泥用量，降低混凝土的水化熱并提高混凝土和易性及后期強度。粉煤灰細度越大，參加二次水化反應(yīng)的界面就會相應(yīng)增加，在混凝土中滿足各項指標(biāo)的同時，盡量達到優(yōu)選的粉煤灰摻量，使混凝土更加致密，收縮量減少，混凝土的裂縫也會減少，并增加混凝土的后期強度，在實際施工中要根據(jù)實際情況試驗確定粉煤灰的用量，一般為膠凝材料摻量的15%～25%。④優(yōu)化配合比：水利隧洞工程對混凝土的抗?jié)B性十分重視，一般來說，單位體積混凝土的水泥用量越大，其強度和抗?jié)B性也越高。在保證混凝土耐久性指標(biāo)和強度的前提下，盡量減少每方混凝土的水泥用量。所以工程上對混凝土的強度和抗?jié)B性都通過試驗進行嚴格控制，為提高混凝土的耐久性及其他指標(biāo)，盡可能的添加活性材料，減少水泥用量和選擇優(yōu)良的高性能減水劑，在混凝土中滿足強度及耐久性各項指標(biāo)的同時，降低成本，減少水化熱、減少混凝土裂縫等負面影響。

3.2 施工過程中的控制措施

①優(yōu)化施工方案：依據(jù)施工環(huán)境制定適宜的施工方案，根據(jù)設(shè)計圖紙的倉面分縫施工。根據(jù)模板臺車的尺寸和超欠挖統(tǒng)計確定每次澆筑的混凝土量，合理配置澆筑時間、運輸及振搗方式等。在施工階段混凝土要有合適的配合比，配合比不僅要滿足設(shè)計和強度的要求、還要考慮防止裂縫的要求，在滿足設(shè)計強度的原則下，盡可能減少水泥的用量。②鋼筋模板安裝：鋼筋的制作安裝要規(guī)范，架立筋要牢固，以免澆注時鋼筋移位變形。鋼筋的氧化皮和污物要清除，以免影響和混凝土的膠結(jié)力。模板拼裝要嚴絲合縫、位置準確、牢固，模板表面要清理干凈，在澆注前要保持表面濕潤。嚴禁模板變形位移而跑模，影響混凝土外觀質(zhì)量。③澆筑：澆筑過程要左右對稱連續(xù)澆筑，杜絕冷縫，振搗要科學(xué)合理，嚴禁過振、漏振。澆注過程中的間歇會出現(xiàn)混凝土力學(xué)性狀的不連續(xù)，在隧洞運行期這種不連續(xù)可能會發(fā)展成水平裂縫。過振會使混凝土骨料發(fā)生分離現(xiàn)象，振搗不足會使混凝土的密實度不足，影響混泥土的強度指標(biāo)。④拆模和養(yǎng)護：拆模時間要根據(jù)現(xiàn)場同環(huán)境試塊的壓制強度卡準確，嚴格執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準。保證混凝土達到強度后拆模以及拆模后足夠養(yǎng)護時間。⑤加強一次支護：隧洞開挖過程中要根據(jù)實際揭露的地質(zhì)條件，及時調(diào)整開挖作業(yè)的方法和支護型式。防止隧洞開挖過程對圍巖有較大擾動，加強一次支護。塌方區(qū)域和不良地質(zhì)區(qū)域一次支護后要提前灌漿處理，避免隧洞二次襯砌后承受巨大的松散壓力和變形壓力，以免在運行期產(chǎn)生裂縫。在軟巖地段做好隧洞仰拱，處理好襯砌基底，搞好防排水，避免使用期襯砌基底遇水軟化造成隧洞襯砌隅角內(nèi)移。

4 結(jié)束語

隧洞在建設(shè)中實際揭露的工程地質(zhì)環(huán)境各種各樣，隧洞在使用過程中二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)所受的圍巖外力也各種各樣。圍巖整體下沉產(chǎn)生豎向荷載，節(jié)理構(gòu)造斜向滑動產(chǎn)生的偏壓載荷，仰拱基礎(chǔ)軟化產(chǎn)生的隅角內(nèi)移變形。各種載荷共同作用于二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)，隨著時間的推移容易使混凝土內(nèi)的原有裂縫逐漸擴大，在嚴重的情況下，會使二次襯砌混凝土的應(yīng)力增大到其強度極限，發(fā)生新的裂縫。可見，施工階段是隧洞襯砌裂縫控制的主要階段，在施工階段有效的控制住了二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的細小裂縫，在工程運行階段二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)開裂的可能性就大大地減小了。因此，我們在施工中要優(yōu)化施工方案，加強施工管理，深化施工過程控制，減小隧洞二次襯砌混凝土各種裂縫的產(chǎn)生，確保隧洞的安全運行。